JP2006035259A - Solder paste - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば回路基板に対して回路部品等をはんだ接続する際に使用されるソルダペーストに関する。 The present invention relates to a solder paste used when soldering a circuit component or the like to a circuit board, for example.
従来から、回路基板に電子回路部品等をはんだ接続するために、種々のソルダペーストが用いられている。ところが、従来のソルダペーストでは、使用環境の温度変化や振動等に起因する外部応力により、はんだ接合部に亀裂が発生するなどの不具合が生じるという問題がある。 Conventionally, various solder pastes are used for soldering electronic circuit components and the like to circuit boards. However, the conventional solder paste has a problem that a defect such as a crack occurs in the solder joint due to an external stress caused by a temperature change or vibration in the use environment.
このため、下記特許文献１〜３には上記問題の対策が種々提案されている。
すなわち、特許文献１には、はんだ合金と、エポキシ樹脂および有機カルボン酸を含むフラックスとを含有するはんだ組成物が開示されている。このはんだ組成物によれば、硬化したエポキシ樹脂がはんだ付箇所を覆ってはんだ接合部を補強することができるとされている。
For this reason, various countermeasures for the above problems have been proposed in the following Patent Documents 1 to 3.
That is, Patent Document 1 discloses a solder composition containing a solder alloy and a flux containing an epoxy resin and an organic carboxylic acid. According to this solder composition, it is said that the cured epoxy resin can reinforce the solder joint portion by covering the soldered portion.
特許文献２には、樹脂からなる基材微粒子の表面にはんだ層などの金属めっき層を有する導電性微粒子、および該導電性微粒子を介して電極基板と素子の接合部分が接合された基板が開示されている。この基板によれば、基材微粒子が弾力性に優れるため、接合部分に応力がかかりにくいうえ、対向する基板と素子の間隔を一定に保持することができるので、温度変化による電極基板、素子等の熱膨張、収縮による相対位置のずれによる剪断応力を緩和することができるとされている。 Patent Document 2 discloses a conductive fine particle having a metal plating layer such as a solder layer on the surface of a substrate fine particle made of a resin, and a substrate in which a joint portion between an electrode substrate and an element is bonded via the conductive fine particle. Has been. According to this substrate, since the base material fine particles are excellent in elasticity, stress is not easily applied to the joint portion, and the distance between the opposing substrate and the element can be kept constant, so that the electrode substrate, element, etc. due to temperature change It is said that the shear stress due to the shift of the relative position due to thermal expansion and contraction can be alleviated.
特許文献３には、フラックス、はんだ粉末、およびはんだ溶融温度よりも高い耐熱性樹脂粉末を含む混合物を主体とした接続部材が開示されている。この接続部材によれば、該接続部材をリフローすることにより、はんだ粉末が溶融したはんだメタル内に耐熱性樹脂粉末が分散した海綿状態となり、フレックス性を有するはんだメタルが形成され、熱サイクルによって生じる電子部品とマザーボードとの膨張係数差による応力を吸収することができるので、接続部材の延性破壊および脆性破壊を防ぎ、信頼性の高い電子装置を提供することができるとされている。 Patent Document 3 discloses a connection member mainly composed of a mixture containing flux, solder powder, and heat-resistant resin powder having a temperature higher than the solder melting temperature. According to this connection member, by reflowing the connection member, a spongy state in which the heat-resistant resin powder is dispersed in the solder metal in which the solder powder is melted is formed, and a solder metal having flex properties is formed, which is generated by a thermal cycle. Since stress due to a difference in expansion coefficient between the electronic component and the mother board can be absorbed, it is said that ductile fracture and brittle fracture of the connection member can be prevented, and a highly reliable electronic device can be provided.
しかしながら、特許文献１〜３に記載の手段は、例えば自動車に搭載される回路部品などのように−１０℃を下回るような低温雰囲気や１００℃を超えるような高温雰囲気などの過酷な環境下に長期間曝される用途では、はんだ接合部の耐久性が必ずしも十分ではなく、冷熱サイクル試験を行うと、はんだ接合部にクラックが発生するなどの問題がある。
本発明の課題は、耐冷熱サイクル性、耐クラック性などの耐久性に優れたはんだ接合部を形成することができるソルダペーストを提供することである。 The subject of this invention is providing the solder paste which can form the solder joint part excellent in durability, such as cold-heat cycle resistance and crack resistance.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、ソルダペーストに、熱硬化性樹脂および／または熱可塑性樹脂を含むフラックスと、樹脂フィラー粉末とを含有させることにより、十分な耐久性を備えたはんだ接合部を形成できるという新たな事実を見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention have sufficient solder paste containing a flux containing a thermosetting resin and / or a thermoplastic resin and a resin filler powder. The present inventors have found a new fact that a solder joint having durability can be formed, and have completed the present invention.
すなわち、本発明のソルダペーストは、以下の構成からなる。
(1) 熱硬化性樹脂および／または熱可塑性樹脂を含むフラックスと、金属層が被覆された樹脂フィラー粉末と、はんだ合金粉末とを含有することを特徴とするソルダペースト。
(2) 前記金属層がはんだ合金層である(1)記載のソルダペースト。
(3) 熱硬化性樹脂および／または熱可塑性樹脂を含むフラックスと、はんだ合金層が被覆された樹脂フィラー粉末とを含有することを特徴とするソルダペースト。
(4) 前記フラックス中における熱硬化性樹脂および／または熱可塑性樹脂の含有量が１０〜９０重量％である(1)〜(3)のいずれかに記載のソルダペースト。
(5) 前記樹脂フィラー粉末の含有量が１〜９０重量％である(1)〜(4)のいずれかに記載のソルダペースト。
(6) 前記熱硬化性樹脂の硬化温度が、はんだ接合時のプリヒート温度より高く、かつ、はんだ接合時の本加熱温度以下である(1)〜(5)のいずれかに記載のソルダペースト。
(7) 前記熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂またはウレタン樹脂である(1)〜(6)のいずれかに記載のソルダペースト。
(8) 前記硬化温度が１８０〜２３０℃である(6)または(7)記載のソルダペースト。
(9) 前記熱可塑性樹脂の軟化温度が、使用時にはんだ接合部が曝される最高温度より高く、かつ、はんだ接合時の本加熱温度以下である(1)〜(8)のいずれかに記載のソルダペースト。
(10) 前記熱可塑性樹脂が、ポリアミドまたはポリエチレン系樹脂である(1)〜(9)のいずれかに記載のソルダペースト。
(11) 前記軟化温度が１３０〜２００℃である(9)または(10)記載のソルダペースト。
That is, the solder paste of the present invention has the following configuration.
(1) A solder paste comprising a flux containing a thermosetting resin and / or a thermoplastic resin, a resin filler powder coated with a metal layer, and a solder alloy powder.
(2) The solder paste according to (1), wherein the metal layer is a solder alloy layer.
(3) A solder paste comprising a flux containing a thermosetting resin and / or a thermoplastic resin and a resin filler powder coated with a solder alloy layer.
(4) The solder paste according to any one of (1) to (3), wherein the content of the thermosetting resin and / or the thermoplastic resin in the flux is 10 to 90% by weight.
(5) The solder paste according to any one of (1) to (4), wherein the content of the resin filler powder is 1 to 90% by weight.
(6) The solder paste according to any one of (1) to (5), wherein a curing temperature of the thermosetting resin is higher than a preheating temperature at the time of solder bonding and is equal to or lower than a main heating temperature at the time of solder bonding.
(7) The solder paste according to any one of (1) to (6), wherein the thermosetting resin is an epoxy resin or a urethane resin.
(8) The solder paste according to (6) or (7), wherein the curing temperature is 180 to 230 ° C.
(9) The softening temperature of the thermoplastic resin is higher than a maximum temperature at which the solder joint is exposed during use, and is equal to or lower than a main heating temperature at the time of solder bonding. Solder paste.
(10) The solder paste according to any one of (1) to (9), wherein the thermoplastic resin is polyamide or polyethylene resin.
(11) The solder paste according to (9) or (10), wherein the softening temperature is 130 to 200 ° C.
前記(1)記載のソルダペーストによれば、フラックス中に熱硬化性樹脂および／または熱可塑性樹脂を含有させることによりはんだ接合部の外面を樹脂で被覆するとともに、はんだ接合部の内部に樹脂フィラー粉末をも含有させることにより、高い耐冷熱サイクル性や耐クラック性が得られる。特に、樹脂フィラーは金属層で被覆されているので、該樹脂フィラーとはんだ合金との濡れ性が向上して樹脂フィラーがはんだ接合部内に均一に分散しやすくなるので、耐久性がより向上する。また、樹脂フィラーの添加によりはんだ接合部の体積を増加させることができるので、はんだ合金材料の使用量を削減してコストダウンおよび軽量化を図ることができる。 According to the solder paste according to (1), the outer surface of the solder joint is coated with a resin by including a thermosetting resin and / or a thermoplastic resin in the flux, and a resin filler is provided inside the solder joint. By including the powder, high cold cycle resistance and crack resistance can be obtained. In particular, since the resin filler is coated with the metal layer, the wettability between the resin filler and the solder alloy is improved, and the resin filler is easily dispersed uniformly in the solder joint portion, so that the durability is further improved. In addition, since the volume of the solder joint can be increased by adding a resin filler, the amount of solder alloy material used can be reduced to reduce the cost and weight.
前記(2)記載のように、樹脂フィラーを被覆する金属層は、はんだ合金層であるのが好ましい。これにより、樹脂フィラーとはんだ合金との濡れ性がより向上してはんだ接合部内での分散性をさらに向上させることができる。また、金属層がはんだ合金層であることによりはんだ接合部の接合強度を高めることができる。したがって、樹脂フィラーの添加量を増加させても十分な接合強度を確保することができる。 As described in (2) above, the metal layer covering the resin filler is preferably a solder alloy layer. Thereby, the wettability of the resin filler and the solder alloy can be further improved, and the dispersibility in the solder joint can be further improved. Further, since the metal layer is a solder alloy layer, the bonding strength of the solder joint can be increased. Therefore, sufficient bonding strength can be ensured even if the amount of resin filler added is increased.
また、前記(3)記載のように、はんだ合金粉末を添加せず、樹脂フィラーに被覆されたはんだ合金層によりはんだ接合部を形成することもできる。 Further, as described in the above (3), the solder joint portion can be formed by the solder alloy layer coated with the resin filler without adding the solder alloy powder.
熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂の含有量は、前記(4)記載の範囲とするのがよい。これにより、十分な補強効果が得られるとともに、ソルダペーストを適度な粘度に調整するのが容易になる。また、樹脂フィラー粉末の含有量は、前記(5)記載の範囲とするのがよい。これにより、十分な応力緩和効果と接合強度を得ることができる。 The content of the thermosetting resin and the thermoplastic resin is preferably in the range described in (4) above. As a result, a sufficient reinforcing effect can be obtained and the solder paste can be easily adjusted to an appropriate viscosity. The content of the resin filler powder is preferably in the range described in the above (5). Thereby, sufficient stress relaxation effect and bonding strength can be obtained.
前記(6)記載のソルダペーストでは、熱硬化性樹脂として、その硬化温度が、はんだ接合時のプリヒート温度より高く、はんだ接合時の本加熱温度以下の範囲内にあるものを使用する。硬化温度がプリヒート温度以下である場合には、プリヒート時に熱硬化性樹脂の硬化反応がすでに開始ないし終了し、本加熱時に必要なはんだ合金の濡れ広がりを阻害するおそれがある。一方、硬化温度が本加熱温度より高い場合には、本加熱後においても未硬化の樹脂がはんだ接合部内に多く残留するので、はんだ接合部を補強して耐久性を向上させる効果が低減するおそれがある。したがって、前記(6)記載のソルダペーストによれば、はんだ付け時におけるはんだ合金の濡れ広がりと、はんだ付け後の補強効果とをより向上させることができる。 In the solder paste described in the above (6), a thermosetting resin having a curing temperature higher than the preheating temperature at the time of solder bonding and not more than the main heating temperature at the time of solder bonding is used. When the curing temperature is equal to or lower than the preheating temperature, the curing reaction of the thermosetting resin has already started or ended during the preheating, and there is a concern that the wetting and spreading of the solder alloy necessary during the main heating may be hindered. On the other hand, when the curing temperature is higher than the main heating temperature, a large amount of uncured resin remains in the solder joint even after the main heating, so that the effect of reinforcing the solder joint and improving the durability may be reduced. There is. Therefore, according to the solder paste described in (6), it is possible to further improve the wetting and spreading of the solder alloy during soldering and the reinforcing effect after soldering.
前記(7)，(8)に記載のように、熱硬化性樹脂としては、耐熱性、耐衝撃性等の樹脂物性、硬化速度等を考慮すると、エポキシ樹脂またはウレタン樹脂であるのがよく、特にこれらの樹脂の硬化温度は、回路基板等の接合に用いられる一般的なはんだ合金を使用する場合、１８０〜２３０℃程度であるのがよい。 As described in the above (7) and (8), the thermosetting resin is preferably an epoxy resin or a urethane resin in view of resin properties such as heat resistance and impact resistance, curing speed, etc. In particular, the curing temperature of these resins is preferably about 180 to 230 ° C. when a general solder alloy used for joining circuit boards or the like is used.
前記(9)記載のソルダペーストでは、熱可塑性樹脂として、その軟化温度が、使用時にはんだ接合部が曝される最高温度より高く、はんだ接合時の本加熱温度以下の範囲内にあるものを使用する。軟化温度が使用時に曝される最高温度以下である場合には、使用時に樹脂が軟化してしまうため、はんだ接合部を補強して耐久性を向上させる効果が低減するおそれがある。一方、軟化温度が本加熱温度より高い場合には、はんだ合金の溶融時に樹脂が軟化せず、はんだ合金の濡れ広がりを阻害するおそれがある。したがって、前記(9)記載のソルダペーストによれば、はんだ付け時におけるはんだ合金の濡れ広がりと、はんだ付け後の補強効果とをより向上させることができる。 In the solder paste according to (9), a thermoplastic resin whose softening temperature is higher than the highest temperature at which the solder joint is exposed during use and within the range of the main heating temperature or less during solder joint is used. To do. When the softening temperature is equal to or lower than the maximum temperature exposed during use, the resin is softened during use, so that the effect of reinforcing the solder joint and improving the durability may be reduced. On the other hand, when the softening temperature is higher than the main heating temperature, the resin is not softened when the solder alloy is melted, and there is a risk of inhibiting the solder alloy from spreading. Therefore, according to the solder paste described in (9), it is possible to further improve the wetting and spreading of the solder alloy during soldering and the reinforcing effect after soldering.
前記(10)，(11)に記載のように、熱可塑性樹脂としては、耐熱性、耐衝撃性等の樹脂物性、環境対応性等を考慮すると、ポリアミドまたはポリエチレン系樹脂であるのがよく、特にこれらの樹脂の軟化温度は、回路基板等の接合に用いられる一般的なはんだ合金を使用する場合、１３０〜２００℃程度であるのがよい。 As described in the above (10) and (11), the thermoplastic resin is preferably a polyamide or a polyethylene resin in view of resin physical properties such as heat resistance and impact resistance, environmental compatibility, etc. In particular, the softening temperature of these resins is preferably about 130 to 200 ° C. when a general solder alloy used for joining circuit boards or the like is used.
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の一実施形態について詳細に説明する。本実施形態のソルダペーストは、熱硬化性樹脂および／または熱可塑性樹脂を含むフラックスと、金属層が被覆された樹脂フィラー粉末と、はんだ合金粉末とを含有するものである。フラックスは、熱硬化性樹脂および／または熱可塑性樹脂の他、必要に応じてロジン、活性剤、チキソ剤、有機溶剤などを含有させる。
<First Embodiment>
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail. The solder paste of this embodiment contains a flux containing a thermosetting resin and / or a thermoplastic resin, a resin filler powder coated with a metal layer, and a solder alloy powder. In addition to the thermosetting resin and / or thermoplastic resin, the flux contains rosin, activator, thixotropic agent, organic solvent, and the like as necessary.
前記熱硬化性樹脂としては、はんだ接合部の外面を被覆し補強できるものであれば、特に限定されないが、好ましくはエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等であるのがよく、より好ましくはエポキシ樹脂またはウレタン樹脂であるのがよい。 The thermosetting resin is not particularly limited as long as it can cover and reinforce the outer surface of the solder joint, but is preferably an epoxy resin, a urethane resin, a melamine resin, a polyester resin, a phenol resin, or the like. More preferably, it is an epoxy resin or a urethane resin.
エポキシ樹脂としては、ビスフェノール系、フェノールノボラック系、アルキルフェノールノボラック系、ビフェノール系、ナフトール系、レソルシノール系などのエポキシ樹脂、脂肪族系、環状脂肪族系、不飽和脂肪族系などのエポキシ樹脂などが挙げられる。 Examples of epoxy resins include bisphenol-based, phenol novolac-based, alkylphenol novolac-based, biphenol-based, naphthol-based, resorcinol-based epoxy resins, aliphatic-based, cycloaliphatic-based, unsaturated aliphatic-based epoxy resins, etc. It is done.
エポキシ樹脂を硬化させる硬化剤としては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、Ｎ−アミノエチルピペラジン、ポリアミド樹脂、２，４，６−トリアミノメチルフェノール、イミダゾール、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホンなどの硬化剤や、無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルハイミック酸、ドテシニルサクシニックアンハイドライド、ピロメリット酸無水物、クロレンディッアンハイドライド、三フッ化ホウ素−モノエチルアミンなどの酸無水物硬化剤などが挙げられる。 Curing agents for curing the epoxy resin include diethylenetriamine, triethylenetetramine, N-aminoethylpiperazine, polyamide resin, 2,4,6-triaminomethylphenol, imidazole, metaphenylenediamine, diaminodiphenylmethane, diaminodiphenylsulfone, etc. Curing agents, acid anhydrides such as phthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, methyl hymic anhydride, dodecinyl succinic anhydride, pyromellitic anhydride, chlorendian hydride, boron trifluoride-monoethylamine Examples thereof include a curing agent.
ウレタン樹脂としては、トルエンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネートなどの２つ以上のイソシアネート基を有する化合物とポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリカプロラクトンポリオールなど２つ以上の水酸基を有するポリオールとの反応物が挙げられる。また、水酸基を持つ化合物と共にカルボン酸、アミン等の活性水素を含有する化合物も併用することができる。 The urethane resin includes a compound having two or more isocyanate groups such as toluene diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate, hexamethylene diisocyanate and a polyol having two or more hydroxyl groups such as polyether polyol, polyester polyol, polycarbonate polyol, polycaprolactone polyol. A reactant. Moreover, the compound containing active hydrogen, such as carboxylic acid and an amine, can be used together with the compound which has a hydroxyl group.
ポリエステル樹脂は、ポリエチレンテレフタレート（PET）に代表される多価カルボン酸と多価アルコール（ポリオール）との反応物や、不飽和ポリエステルという、ポリエステルに不飽和基を含ませ、スチレンなどのビニル基をもったモノマーと成形時に共重合させる樹脂、更に別名アルキド樹脂と呼ばれる、油脂や他の樹脂（たとえばエポキシ樹脂）をも反応に加えて、変性(性質を調整)した樹脂を挙げることができる。 Polyester resin is a reaction product of polyhydric carboxylic acid represented by polyethylene terephthalate (PET) and polyhydric alcohol (polyol), or unsaturated polyester, which contains an unsaturated group in the polyester and contains vinyl groups such as styrene. Examples thereof include resins that are copolymerized with the monomers and molding resins, and also resins (also known as alkyd resins) that have been modified (adjusted properties) by adding oils and fats and other resins (for example, epoxy resins) to the reaction.
フェノール樹脂としては、通常のフェノール類とアルデヒド類とを反応させたノボラック型とレゾール型樹脂の２種が有るが、それ以外にも、環境に対する負荷の少ない樹脂として開発された、アルデヒド類を用いないベンゾオキサジン系の樹脂が挙げられる。 There are two types of phenolic resins, novolak-type and resol-type resins, which are obtained by reacting ordinary phenols with aldehydes. In addition to these, aldehydes that have been developed as resins with low environmental impact are used. Benzoxazine-based resins that are not present.
本発明では、特に熱硬化性樹脂の硬化温度が、はんだ接合時のプリヒート温度より高く、かつ、はんだ接合時の本加熱温度以下の範囲内にあるのが好ましい。具体例を挙げると、はんだ合金として、例えば融点が約２１９℃のＳｎＡｇＣｕ系はんだ合金を用いる場合、プリヒート温度は１５０〜１７０℃程度に設定され、本加熱温度は２３０〜２４０℃程度に設定されるので、硬化温度が１８０〜２３０℃の範囲にある熱硬化性樹脂を用いるのが好ましい。 In the present invention, it is particularly preferable that the curing temperature of the thermosetting resin is higher than the preheating temperature at the time of soldering and is not more than the main heating temperature at the time of soldering. For example, when a SnAgCu solder alloy having a melting point of about 219 ° C. is used as the solder alloy, the preheating temperature is set to about 150 to 170 ° C., and the main heating temperature is set to about 230 to 240 ° C. Therefore, it is preferable to use a thermosetting resin having a curing temperature in the range of 180 to 230 ° C.
前記熱可塑性樹脂としては、はんだ接合部の外面を被覆し補強できるものであれば、特に限定されないが、ポリアミド、ポリエチレン系樹脂、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル等であるのがよく、より好ましくはポリアミドまたはポリエチレン系樹脂であるのがよい。 The thermoplastic resin is not particularly limited as long as it can cover and reinforce the outer surface of the solder joint, but is preferably polyamide, polyethylene resin, polystyrene, acrylic resin, polyvinyl chloride, or the like, and more preferably. Is preferably a polyamide or polyethylene resin.
ポリアミドとしては、全芳香族ポリアミド、芳香族−脂肪族ポリアミド、ポリエステル−ポリアミド共重合物などが挙げられる。 Examples of the polyamide include wholly aromatic polyamides, aromatic-aliphatic polyamides, and polyester-polyamide copolymers.
ポリエチレン系樹脂としては、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、および高密度ポリエチレンが挙げられる他、三洋化成工業（株）製のサンワックスなどの低分子量ポリエチレンなどが挙げられる。 Examples of the polyethylene resin include low-density polyethylene, linear low-density polyethylene, medium-density polyethylene, and high-density polyethylene, and low-molecular weight polyethylene such as sun wax manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd.
本発明では、特に熱可塑性樹脂の軟化温度が、使用時にはんだ接合部が曝される最高温度より高く、かつ、はんだ接合時の本加熱温度以下の範囲内にあるのが好ましい。具体例を挙げると、はんだ合金として、上記と同じＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ合金を用い、使用時に曝される最高温度が１１０〜１２５℃程度である場合、軟化温度が１３０〜２００℃の範囲にある熱可塑性樹脂を用いるのがよい。 In the present invention, it is preferable that the softening temperature of the thermoplastic resin is particularly higher than the maximum temperature at which the solder joint is exposed during use and within the range of the main heating temperature or less during solder joining. As a specific example, the same Sn—Ag—Cu solder alloy as described above is used as the solder alloy, and when the maximum temperature exposed during use is about 110 to 125 ° C., the softening temperature is in the range of 130 to 200 ° C. It is preferable to use the thermoplastic resin in the above.
フラックス中における熱硬化性樹脂の含有量、フラックス中における熱可塑性樹脂の含有量は、１０〜９０重量％、好ましくは３０〜８０重量％であるのがよい。熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂を併用する場合には、これらの合計含有量が１０〜９０重量％、好ましくは３０〜８０重量％であるのがよい。また、ソルダペースト中における熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂の含有量は、１〜２０重量％、好ましくは２〜１０重量％程度であるのがよい。 The content of the thermosetting resin in the flux and the content of the thermoplastic resin in the flux are 10 to 90% by weight, preferably 30 to 80% by weight. When the thermosetting resin and the thermoplastic resin are used in combination, the total content thereof is 10 to 90% by weight, preferably 30 to 80% by weight. In addition, the content of the thermosetting resin and the thermoplastic resin in the solder paste is 1 to 20% by weight, preferably about 2 to 10% by weight.
前記樹脂フィラー粉末に用いる樹脂としては、強度と弾性が高いものであるのがよく、例えばエチレン酢酸ビニル系樹脂、ビニルベンゼン樹脂、硬化後のエポキシ樹脂等が挙げられる。樹脂フィラーの粒径は、５〜３０μｍ 程度であるのがよい。樹脂フィラーを被覆する金属層の材料としては、ソルダペースト中に含有するはんだ合金粉末と相溶性の高い金属、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｐｂ等の金属またはこれらの合金等が挙げられ、好ましくはＰｂ−Ｓｎ合金、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金等のはんだ合金、より好ましくはＳｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金等のＰｂフリーはんだ合金であるのがよい。金属層の厚みは、１〜１５μｍ、好ましくは５〜１０μｍであるのがよい。金属層は、めっき法、金属ナノ粒子被覆法 などの方法により樹脂フィラー粉末に被覆することができる。樹脂フィラー粉末は、ソルダペースト中に１〜９０重量％、好ましくは１０〜９０重量％含有しているのがよい。金属層が被覆された樹脂フィラー粉末としては、例えば積水化学工業（株）製「ミクロパールＳＯＬ」などの市販品を使用することもできる。 The resin used for the resin filler powder is preferably one having high strength and elasticity, such as ethylene vinyl acetate resin, vinyl benzene resin, and cured epoxy resin. The particle size of the resin filler is preferably about 5 to 30 μm. As a material of the metal layer covering the resin filler, a metal having high compatibility with the solder alloy powder contained in the solder paste, for example, a metal such as Au, Ag, Cu, Ni, Ti, Sn, Zn, In, Pb or the like Examples of these alloys include solder alloys such as Pb—Sn alloys, Sn—Ag alloys, and Sn—Ag—Cu alloys, and more preferably Pb-free solders such as Sn—Ag alloys and Sn—Ag—Cu alloys. It should be an alloy. The thickness of the metal layer is 1 to 15 μm, preferably 5 to 10 μm. The metal layer can be coated on the resin filler powder by a method such as a plating method or a metal nanoparticle coating method. The resin filler powder is contained in the solder paste in an amount of 1 to 90% by weight, preferably 10 to 90% by weight. As the resin filler powder coated with the metal layer, for example, a commercially available product such as “Micropearl SOL” manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd. may be used.
フラックス中に必要に応じて配合するロジンとしては、従来からフラックス用途で用いられているロジンおよびその誘導体を使用することができる。ロジンおよびその誘導体としては、通常のガム、トール、ウッドロジンが用いられ、その誘導体として熱処理した樹脂、重合ロジン、水素添加ロジン、ホルミル化ロジン、ロジンエステル、ロジン変性マレイン酸樹脂、ロジン変性フェノール樹脂、ロジン変性アルキド樹脂等が挙げられる。ロジンおよびその誘導体は、ソルダペースト中に０〜５重量％含有しているのがよい。 As rosin blended in the flux as needed, rosin and its derivatives that have been conventionally used in flux applications can be used. As rosin and its derivatives, ordinary gum, toll, and wood rosin are used, and heat-treated resin, polymerized rosin, hydrogenated rosin, formylated rosin, rosin ester, rosin modified maleic resin, rosin modified phenolic resin, Examples include rosin-modified alkyd resins. Rosin and its derivatives are preferably contained in the solder paste in an amount of 0 to 5% by weight.
活性剤としては、エチルアミン、プロピルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、エチレンジアミン、アニリン等のハロゲン化水素塩酸、乳酸、クエン酸、ステアリン酸、アジピン酸、ジフェニル酢酸等の有機カルボン酸が挙げられる。活性剤は、ソルダペースト中に０．１〜１．０重量％含有しているのがよい。 Examples of the activator include hydrogen halide hydrochloric acids such as ethylamine, propylamine, diethylamine, triethylamine, ethylenediamine, and aniline, and organic carboxylic acids such as lactic acid, citric acid, stearic acid, adipic acid, and diphenylacetic acid. The activator is preferably contained in the solder paste in an amount of 0.1 to 1.0% by weight.
チキソ剤としては、硬化ひまし油、蜜ロウ、カルナバワックス、ステアリン酸アミド、ヒドロキシステアリン酸エチレンビスアミド等があげられる。チキソ剤は、ソルダペースト中に０．３〜１重量％含有しているのがよい。 Examples of thixotropic agents include hardened castor oil, beeswax, carnauba wax, stearamide, hydroxystearic acid ethylenebisamide, and the like. The thixotropic agent is preferably contained in the solder paste in an amount of 0.3 to 1% by weight.
有機溶剤としては、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、エチルセロソルブ、ブチルカルビトール等のアルコール系溶剤、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶剤、トルエン、テレピン油等の炭化水素系溶剤、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等が挙げられる。有機溶剤は、ソルダペースト中に１〜５重量％含有しているのがよい。 Examples of organic solvents include alcohol solvents such as ethyl alcohol, isopropyl alcohol, ethyl cellosolve, and butyl carbitol, ester solvents such as ethyl acetate and butyl acetate, hydrocarbon solvents such as toluene and turpentine oil, and diethylene glycol monobutyl ether. Can be mentioned. The organic solvent is preferably contained in the solder paste in an amount of 1 to 5% by weight.
さらに、本発明におけるフラックスでは、従来から公知のポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂、テルペン樹脂等の合成樹脂等の一般にフラックスのベース樹脂として用いられているものを併用することや、酸化防止剤、防黴剤、つや消し剤等の添加剤を添加することもできる。 Further, in the flux in the present invention, a conventionally used synthetic resin such as polyester resin, phenoxy resin, terpene resin or the like, which is generally used as a base resin for flux, an antioxidant, an antifungal agent, etc. Additives such as matting agents can also be added.
はんだ合金粉末としては、一般に用いられているＰｂ−Ｓｎ合金、さらにＡｇ、Ｂｉ、Ｉｎなどを添加したＰｂ−Ｓｎ合金等を使用することができるが、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系等のＰｂフリー合金を使用するのが好ましい。はんだ合金粉末の粒径は５〜５０μｍ程度であるのがよい。はんだ合金粉末は、ソルダペースト中に０〜９０重量％、好ましくは４０〜８０重量％含有しているのがよい。 As the solder alloy powder, a commonly used Pb—Sn alloy, and a Pb—Sn alloy to which Ag, Bi, In, or the like is added can be used, but Sn—Ag, Sn—Cu, Sn It is preferable to use a Pb-free alloy such as -Ag-Cu. The particle size of the solder alloy powder is preferably about 5 to 50 μm. The solder alloy powder is contained in the solder paste in an amount of 0 to 90% by weight, preferably 40 to 80% by weight.
ソルダペースト中における金属層が被覆された樹脂フィラー粉末とはんだ合金粉末の含有量は、全体の１〜９５重量％であるのがよい。また、金属層が被覆された樹脂フィラー粉末とはんだ合金粉末の含有比率は、（樹脂フィラー粉末／はんだ合金粉末）＝１００〜１０／０〜９０であるのがよい。 The content of the resin filler powder and the solder alloy powder coated with the metal layer in the solder paste is preferably 1 to 95% by weight of the whole. The content ratio of the resin filler powder coated with the metal layer and the solder alloy powder is preferably (resin filler powder / solder alloy powder) = 100 to 10/0 to 90.
上記のソルダペーストを用いて回路基板に電子回路部品等をはんだ接続する際には、例えば電子回路部品が配設された回路基板上に、ソルダペーストをディスペンサーやスクリーン印刷等により塗布した後、所定の条件でプリヒートを行い、さらに本加熱（リフロー）を行う。基板上への塗布、プリヒートおよび本加熱は、大気中で行ってもよく、Ｎ2、Ａｒ、Ｈｅ等の不活性雰囲気中で行ってもよい。 When soldering electronic circuit components or the like to the circuit board using the above solder paste, for example, the solder paste is applied to the circuit board on which the electronic circuit components are disposed by a dispenser, screen printing, or the like. Preheating is performed under the conditions described above, and further, main heating (reflow) is performed. Coating on the substrate, preheating and main heating may be performed in the air, or in an inert atmosphere such as N 2 , Ar, or He.
プリヒートの条件および本加熱の条件は、ソルダペーストを構成する各成分の物性に応じて適宜設定すればよいが、通常、プリヒートは、温度が１４０〜１９０℃程度、時間が４５〜９０秒程度とされ、本加熱は、最高温度が２００〜２５０℃程度、はんだ融点以上の時間が２０〜４０秒程度とされる。 The preheating condition and the main heating condition may be appropriately set according to the physical properties of each component constituting the solder paste. Usually, the preheating is performed at a temperature of about 140 to 190 ° C. and a time of about 45 to 90 seconds. In this heating, the maximum temperature is about 200 to 250 ° C., and the time above the solder melting point is about 20 to 40 seconds.
＜第２の実施形態＞
本発明では、ソルダペースト中にはんだ合金粉末を添加せず、樹脂フィラーに被覆されたはんだ合金層によりはんだ接合部を形成することもできる。すなわち、第２の実施形態のソルダペーストは、熱硬化性樹脂および／または熱可塑性樹脂を含むフラックスと、はんだ合金層が被覆された樹脂フィラー粉末とを含有するものである。
<Second Embodiment>
In the present invention, the solder joint portion can be formed by the solder alloy layer coated with the resin filler without adding the solder alloy powder to the solder paste. That is, the solder paste of the second embodiment contains a flux containing a thermosetting resin and / or a thermoplastic resin, and a resin filler powder coated with a solder alloy layer.
この実施形態の場合、樹脂フィラー粉末を被覆するはんだ合金層の材料としては、例えばＰｂ−Ｓｎ合金、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金等を用いることができる。はんだ合金層の厚みは、１〜３０μｍ、好ましくは１０〜２０μｍであるのがよい。樹脂フィラー粉末は、ソルダペースト中に１〜９０重量％、好ましくは５０〜９０重量％含有しているのがよい。本実施形態では、フラックス中の各成分については、第１の実施形態と同様のものを使用できる。 In the case of this embodiment, as a material of the solder alloy layer covering the resin filler powder, for example, a Pb—Sn alloy, a Sn—Ag alloy, a Sn—Ag—Cu alloy, or the like can be used. The thickness of the solder alloy layer is 1 to 30 μm, preferably 10 to 20 μm. The resin filler powder is contained in the solder paste in an amount of 1 to 90% by weight, preferably 50 to 90% by weight. In the present embodiment, the same components as in the first embodiment can be used for each component in the flux.
この実施形態のソルダペーストを用いて回路基板に電子回路部品等をはんだ接続する際にも、上記と同様にして基板上への塗布、プリヒートおよび本加熱を行えばよい。これにより、樹脂フィラー粉末を被覆するはんだ合金によりはんだ接合部が形成され、このはんだ接合部内に樹脂フィラー粉末が分散した状態となるとともに、はんだ接合部の外面は熱硬化性樹脂および／または熱可塑性樹脂で被覆され補強される。 When soldering electronic circuit components or the like to the circuit board using the solder paste of this embodiment, application to the board, preheating and main heating may be performed in the same manner as described above. As a result, a solder joint portion is formed by the solder alloy covering the resin filler powder, and the resin filler powder is dispersed in the solder joint portion, and the outer surface of the solder joint portion is a thermosetting resin and / or thermoplastic. Covered with resin and reinforced.
以下、実施例および比較例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to a following example.
［実施例１〜８、比較例１〜３］
ベース樹脂としてエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミド、ポリエチレン系樹脂およびガムロジンから選ばれる少なくとも１種と、チキソ剤として硬化ひまし油と、有機溶剤としてジエチレングリコールモノブチルエーテルと、活性剤としてアジピン酸またはモノエチルアミン塩酸塩とを表１に示す配合比で混合し、均一になるように熱を加えて溶解してフラックスをそれぞれ得た。ついで、各フラックスに樹脂フィラーとはんだ合金粉末とを混合し、実施例１〜８および比較例１〜３のソルダペーストをそれぞれ得た。各成分の詳細を以下に示す。
＜各成分の詳細＞
エポキシ樹脂：熱硬化性エポキシ樹脂（硬化温度２００℃）
ウレタン樹脂：熱硬化性ウレタン樹脂（硬化温度２２０℃）
ポリアミド：熱可塑性ポリアミド（軟化温度１８０℃）
ポリエチレン系樹脂：低分子量ポリエチレン（軟化温度１４０℃）
ガムロジン：中国産ガムロジン（軟化温度８０℃）
樹脂フィラー(1)：Ｓｎ−Ａｇはんだ合金めっき樹脂フィラー（粒子径３０±１０μｍのジビニルベンゼン樹脂球に約２μｍのＳｎ−３．５重量％Ａｇはんだ合金めっきを施したもの）
樹脂フィラー(2)：Ｓｎ−Ａｇはんだ合金めっき樹脂フィラー（粒子径２５±１０μｍのエチレン酢酸ビニル樹脂球に約５μｍのＳｎ−３．５重量％Ａｇはんだ合金めっきを施したもの）
樹脂フィラー(3)：Ｃｕめっき樹脂フィラー（粒子径３０±１０μｍのジビニルベンゼン樹脂球に約０．５μｍのＣｕめっきを施したもの）
はんだ合金粉末：平均粒子径３０μｍ、組成比Ｓｎ−３重量％Ａｇ−０．５重量％Ｃｕ
[Examples 1-8, Comparative Examples 1-3]
At least one selected from epoxy resin, urethane resin, polyamide, polyethylene resin and gum rosin as base resin, hardened castor oil as thixotropic agent, diethylene glycol monobutyl ether as organic solvent, adipic acid or monoethylamine hydrochloride as activator Were mixed at a blending ratio shown in Table 1, and heat was applied to dissolve the mixture so as to be uniform, thereby obtaining fluxes. Next, a resin filler and solder alloy powder were mixed with each flux to obtain solder pastes of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3, respectively. Details of each component are shown below.
<Details of each component>
Epoxy resin: Thermosetting epoxy resin (Curing temperature 200 ° C)
Urethane resin: Thermosetting urethane resin (curing temperature 220 ° C)
Polyamide: Thermoplastic polyamide (softening temperature 180 ° C)
Polyethylene resin: Low molecular weight polyethylene (softening temperature 140 ° C)
Gum rosin: Chinese gum rosin (softening temperature 80 ° C)
Resin filler (1): Sn-Ag solder alloy plating resin filler (approx. 2 μm of Sn-3.5 wt% Ag solder alloy plating on 30 ± 10 μm particle diameter divinylbenzene resin sphere)
Resin filler (2): Sn-Ag solder alloy plating resin filler (Ethylene vinyl acetate resin sphere having a particle diameter of 25 ± 10 μm subjected to Sn-3.5 wt% Ag solder alloy plating)
Resin filler (3): Cu-plated resin filler (divinylbenzene resin spheres with a particle diameter of 30 ± 10 μm subjected to approximately 0.5 μm Cu plating)
Solder alloy powder: average particle size 30 μm, composition ratio Sn-3 wt% Ag-0.5 wt% Cu
実施例１〜８および比較例１〜３のソルダペーストを厚み１５０μｍのステンレスメタルマスクを用いて基板上に所定のパターンで印刷し、チップ部品を搭載後、下記のはんだ溶融条件でチップ部品を基板に接合して各試料を作製した。
はんだ溶融条件：プリヒート（１８０℃、８０秒）、本加熱（最高温度２３５℃）
基板：ガラスエポキシ基板（ＦＲ−４）
チップ部品：３２１６チップコンデンサ
The solder pastes of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3 were printed in a predetermined pattern on a substrate using a stainless metal mask having a thickness of 150 μm, and after mounting the chip components, the chip components were mounted under the following solder melting conditions. Each sample was prepared by bonding to the above.
Solder melting conditions: preheating (180 ° C, 80 seconds), main heating (maximum temperature 235 ° C)
Substrate: Glass epoxy substrate (FR-4)
Chip parts: 3216 chip capacitors
得られた各試料に対して下記条件で冷熱サイクルの負荷をかけ、はんだ接合部の亀裂発生の有無を目視で確認した。結果を表２にそれぞれ示す。
＜冷熱サイクル試験条件＞
−３０℃で３０分、１１０℃で３０分を１サイクルとする冷熱サイクルを２０００サイクル実施し、５００サイクル毎にはんだ接合部の亀裂有無を確認した。
<Cooling cycle test conditions>
2000 cycles of cooling and heating were performed with 30 cycles at −30 ° C. and 30 minutes at 110 ° C. as one cycle, and the presence or absence of cracks in the solder joints was confirmed every 500 cycles.
表２から、実施例１〜８のソルダペーストを用いて形成されたはんだ接合部は、２０００サイクルの時点でも亀裂は発生しておらず、良好な状態を維持していることがわかる。
From Table 2, it can be seen that the solder joints formed using the solder pastes of Examples 1 to 8 are not cracked even at 2000 cycles and maintain a good state.
Claims (11)
The solder paste according to claim 9 or 10, wherein the softening temperature is 130 to 200 ° C.
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